DE69020505T2

DE69020505T2 - 2-dimensional, phased array ultrasound imaging system with distributed phasing.

Info

Publication number: DE69020505T2
Application number: DE69020505T
Authority: DE
Inventors: Iii John D Larson
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1989-11-28
Filing date: 1990-11-02
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2010-11-03
Also published as: EP0430450A3; EP0430450B1; JPH03181877A; US5229933A; DE69020505D1; EP0430450A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht auf Ultraschallsysteme und insbesondere auf Ultraschallabbildungssysteme mit Wandlern, die aus zweidimensionalen phasengesteuerten Arrays bestehen. Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein zweidimensionales Ultraschallsystem mit phasengesteuertem Array mit einer besser durchführbaren Steuerung und Fokussierung als bisher vorgesehen war, zu schaffen.The present invention relates to ultrasound systems and, more particularly, to ultrasound imaging systems having transducers comprised of two-dimensional phased arrays. A primary object of the present invention is to provide a two-dimensional phased array ultrasound system with more feasible control and focusing than has been previously provided.

Es hat sich herausgestellt, daß Ultraschallabbildungssysteme wertvolle Werkzeuge für die Diagnose bei medizinischen Anwendungen, ebenso wie für Analysen in mehreren nicht-medizinischen Anwendungen sind. Eine der bekanntesten Verwendungen des Ultraschalls ist die Überwachung eines Fötus während der Schwangerschaft. Ultraschallenergie, die in einen Körper gesendet wird, verursacht eine vernachlässigbare Störung, während die Reflexionen des Ultraschalls an Gewebegrenzen erfaßt werden können, um die innere Körperstruktur zu charakterisieren.Ultrasound imaging systems have proven to be valuable tools for diagnosis in medical applications, as well as for analysis in several non-medical applications. One of the most well-known uses of ultrasound is monitoring a fetus during pregnancy. Ultrasound energy sent into a body causes negligible disturbance, while the reflections of ultrasound at tissue boundaries can be detected to characterize internal body structure.

Ein typisches Ultraschallabbildungssystem weist eine Basiseinheit, eine Sonde und ein Verbindungskabel auf. Das Elektronikmodul erzeugt einen elektrischen Impuls, der über das Kabel zu der Sonde befördert wird und durch einen Wandler in der Sonde in einen Ultraschallimpuls umgewandelt wird. Wenn die Sonde gegen einen Körper gepreßt wird, wird der Ultraschallimpuls in den Körper gesendet und mit verschiedenen Graden an Gewebegrenzen in dem Körper reflektiert. Die Reflexionen von den verschiedenen Gewebegrenzen erreichen den Wandler zu unterschiedlichen Zeiten, abhängig von deren Entfernungen von der Sonde. Typischerweise wandelt der Wandler die Reflexionen in ein zeitveränderliches elektrisches Signal um. Dieses elektrische Signal wird in der Basiseinheit verarbeitet, um eine Videodarstellung des Körpers, der abgebildet wird, zu bilden.A typical ultrasound imaging system includes a base unit, a probe, and a connecting cable. The electronics module generates an electrical pulse that is carried along the cable to the probe and converted into an ultrasound pulse by a transducer in the probe. When the probe is pressed against a body, the ultrasound pulse is sent into the body and reflected with varying degrees from tissue boundaries in the body. The reflections from the various tissue boundaries reach the transducer at different times, depending on their distances from the probe. Typically, the transducer converts the reflections into a time-varying electrical signal. This electrical signal is processed in the base unit to form a video representation of the body being imaged.

Es sind relativ einfache Ultraschallsysteme bekannt, die sphärische oder parabolische Wandler verwenden, um Ultraschallsignale zu senden und zu empfangen. Im allgemeinen besitzen diese Wandler einen festen Brennpunkt, so daß ihr Brennbereich durch den Brennpunktabstand des Wandlers begrenzt ist. Kleine Öffnungen sind erforderlich, um eine große Feldtiefe zu erhalten, sind jedoch auf relativ geringe Signalsammelfähigkeiten begrenzt und somit in der Empfindlichkeit begrenzt. Typischerweise werden Maßnahmen getroffen, um den Wandler mechanisch zu steuern, um Bildinformationen über einen Bereich von Winkeln zu erhalten. Die mechanische Steuerung erfordert den Einbau eines sperrigen Motors in der Sonde und kann Zuverlässigkeitsprobleme mit sich bringen.Relatively simple ultrasound systems are known that use spherical or parabolic transducers to transmit and receive ultrasound signals. Generally, these transducers have a fixed focal point, so that their focal range is limited by the focal distance of the transducer. Small apertures are required to obtain a large depth of field, but are limited to relatively low signal collection capabilities and thus limited in sensitivity. Typically, provisions are made to mechanically control the transducer to obtain image information over a range of angles. Mechanical control requires the installation of a bulky motor in the probe and can cause reliability problems.

Es ist theoretisch möglich, sowohl einen größeren Bereich als auch eine höhere Auflösung zu liefern, indem ein Wandler deformiert wird, um seine Brennweite derart zu ändern, daß ein Bild höherer Auflösung für jeden einer Vielzahl von Brennpunktabständen erhalten wird. Offensichtlich war es nicht durchführbar, die gewünschte Brennweitensteuerung durch mechanisches Deformieren eines Wandlers zu erhalten. Andererseits ermöglichte die "elektronische Deformation" von Wandlern mit phasengesteuertem Array, eine Technologie, die vom Radar hergeleitet ist, ein Bild hoher Auflösung ohne wesentliche Feldtiefen-Begrenzungen.It is theoretically possible to provide both greater range and higher resolution by deforming a transducer to change its focal length so that a higher resolution image is obtained for each of a variety of focal distances. Obviously, it was not feasible to obtain the desired focal length control by mechanically deforming a transducer. On the other hand, "electronic deformation" of phased array transducers, a technology derived from radar, enabled a high resolution image without significant depth of field limitations.

Wandler mit phasengesteuertem Array weisen eine Vielzahl von Wandlerelementen auf, die in ringförmigen, linearen oder planaren Arrays angeordnet sind. Durch Verändern der Phasen, wie z.B. durch Einführen von Zeitverzögerungen, zwischen den Elementen eines Arrays kann man den Brennpunktabstand dynamisch ändern. Folglich kann ein Wandler mit großem Öffnungsarray verwendet werden, um eine Abbildung hoher Auflösung zu erhalten, wobei der Brennpunkt desselben bewegt werden kann, um die Begrenzung einer flachen Feldtiefe zu überwinden.Phased array transducers have a plurality of transducer elements arranged in ring-shaped, linear or planar arrays. By varying the phases, such as by introducing time delays, between the elements of an array, one can dynamically change the focal distance. Consequently, a large aperture array transducer can be used to obtain high resolution imaging, and its focal point can be moved to overcome the limitation of a shallow depth of field.

Ringförmige Arrays kommen der Simulation eines mechanisch deformierbaren sphärischen Einelement-Wandlers am nächsten. Ein ringförmiges Array weist eine Vielzahl von ringförmigen Wandlerelementen auf, die koaxial angeordnet sind. Wenn von jedem der ringförmigen Elemente Reflexionen empfangen werden, erzeugt jedes ringförmige Element ein entsprechendes elektrisches Signal. Durch Steuern der relativen Verzögerungen, die in diese elektrischen Signale eingeführt sind, kann der Brennpunktabstand des Wandlers mit ringförmigem Array gesteuert werden. Wie ein sphärischer Einelement-Wandler muß ein ringförmiges Array mechanisch gesteuert werden, um ein zweidimensionales Ultraschallbild zu erhalten. Der Bedarf nach der mechanischen Steuerung begrenzt die Geschwindigkeit und die Zuverlässigkeit des Abbildungssystems. Zusätzlich bringt der Bedarf nach einem Motor und einem Antriebsgetriebe in einer Sonde zusätzliche Masse und zusätzliches Volumen für die Sonde mit sich, die klein und leichtgewichtig sein sollte.Ring-shaped arrays are used to simulate a mechanically deformable single-element spherical transducer. An annular array has a plurality of annular transducer elements arranged coaxially. When reflections are received from each of the annular elements, each annular element produces a corresponding electrical signal. By controlling the relative delays introduced into these electrical signals, the focal distance of the annular array transducer can be controlled. Like a single-element spherical transducer, an annular array must be mechanically controlled to obtain a two-dimensional ultrasound image. The need for mechanical control limits the speed and reliability of the imaging system. In addition, the need for a motor and drive gear in a probe adds mass and volume to the probe, which should be small and lightweight.

Ein eindimensionales, z.B. lineares, phasengesteuertes Array weist eine Reihe von schmalen Wandlerelementen auf, die Seite an Seite angeordnet sind. Durch Steuern des Phasenabgleichs und der relativen Verzögerungen unter den Elementen, kann ein derartiges Array in einer Steuerebene elektronisch gesteuert und fokussiert werden, welche z.B. die Azimuth- Ebene ist, in der sich die linearen Elemente vertikal erstrecken. In dieser Ebene wird ein Ultraschallstrahl gesteuert und fokussiert, um ein gewünschtes Ziel von benachbarten Objekten zu unterscheiden. Die Elemente eines eindimensionalen Arrays sollten höchstens die Hälfte der Wellenlänge des Ultraschallsignals beabstandet sein, um Gitterseitenzipfel- Antworten zu vermeiden, die die Bildqualität verschlechtern.A one-dimensional, e.g. linear, phased array has a series of narrow transducer elements arranged side by side. By controlling the phasing and relative delays among the elements, such an array can be electronically steered and focused in a control plane, which is, e.g., the azimuth plane in which the linear elements extend vertically. In this plane, an ultrasound beam is steered and focused to distinguish a desired target from neighboring objects. The elements of a one-dimensional array should be spaced no more than half the wavelength of the ultrasound signal to avoid grating sidelobe responses that degrade image quality.

Ein Hauptnachteil eindimensionaler Arrays besteht darin, daß eine elektronische Fokussierung orthogonal zu der Steuerebene, z.B. in die Höhenrichtung, nicht vorgesehen ist und daß die Auflösung durch die Öffnungsgröße der akustischen Linsen mit festem Brennpunkt eingestellt ist. Die Auflösungs- und Signalsammel-Fähigkeit ist begrenzt. Die Höhenebene kann nur senkrecht zu dem Array sein.A major disadvantage of one-dimensional arrays is that electronic focusing orthogonal to the control plane, e.g. in the elevation direction, is not provided and that the resolution is set by the aperture size of the fixed focus acoustic lenses. The resolution and signal collection capability is limited. The elevation plane can only be perpendicular to the array.

Zweidimensionale, z.B. planare, Wandlerarrays weisen eine Vielzahl von Elementen kleiner öffnung auf, die in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind. Wie beim linearen Wandlerarray kann sowohl der Brennpunkt-Abstand als auch die -Steuerung elektronisch bewirkt werden. Im Gegensatz zu eindimensionalen Arrays kann die Steuerung und die Fokussierung irgendwo in einem kegelförmigen Volumen vor dem Array bewirkt werden. Eine Auflösung in die Höhenrichtung wird geliefert. Die Auflösungs- und die Signalsammel-Fähigkeit sind bezüglich eines eindimensionalen Arrays wesentlich verbessert.Two-dimensional, e.g. planar, transducer arrays have a plurality of small aperture elements arranged in a two-dimensional array. As with the linear transducer array, both the focal distance and the control can be effected electronically. Unlike one-dimensional arrays, the control and focusing can be effected anywhere in a conical volume in front of the array. Resolution in the height direction is provided. The resolution and signal collection capability are significantly improved relative to a one-dimensional array.

Jedoch sind planare Wandlerarrays aufgrund der großen Anzahl von getrennten Signalkanälen, einem für jedes Wandlerelement, die verarbeitet werden müssen, nicht verbreitet implementiert. Ist z.B. ein Ultraschallsignal mit 5 MHz, ein λ/2-beabstandetes Array mit einer Öffnung von 15 mm mal 15 mm gegeben, würde es 100 x 100 = 10.000 Wandlerelemente erfordern, um eine Auflösung von etwa 10 zu liefern. Würden dieselben auf eine herkömmliche Art und Weise konfiguriert werden, wären 10.000 elektronische Sender, Empfänger und Verbindungskabel erforderlich. Ein Kabel zwischen der Sonde und der Basiseinheit müßte über 10.000 Leitungen führen, was unmöglich ist. Zusätzlich sind die Kosten eines Systems mit einer derart hohen Komponentenanzahl untragbar.However, planar transducer arrays are not widely implemented due to the large number of separate signal channels, one for each transducer element, that must be processed. For example, given a 5 MHz ultrasonic signal, a λ/2-spaced array with an aperture of 15 mm by 15 mm would require 100 x 100 = 10,000 transducer elements to provide a resolution of about 10. If these were configured in a conventional manner, 10,000 electronic transmitters, receivers and interconnecting cables would be required. A cable between the probe and the base unit would have to run over 10,000 wires, which is impossible. In addition, the cost of a system with such a high component count is prohibitive.

Wenn es möglich wäre, die Signalverarbeitung in der Sonde selbst durchzuführen, wäre nur eine einzelne Signalleitung von der Sonde zu der Basiseinheit erforderlich. Leistungs-, Masse- und Steuer-Leitungen wären noch erforderlich, jedoch wäre die Anzahl an Leitungen, die durch das Kabel geführt werden müßten, stark reduziert. Jedoch würde diese Signalverarbeitung eine große Anzahl an Schaltern erfordern, um z.B. variable Verzögerungen in jedem der 10.000 Kanäle einzuführen. Unter der Annahme, daß etwa 5.000.000 Schalter erforderlich sind und daß jeder etwa 50 uW Wärme ableitet, müßten von der Sonde 250 Watt abgeleitet werden. Dies wäre beim Fehlen irgendeines Kühlungssystems übermäßig hoch, wobei sich ein solches zusätzlich zu den Masse- und Leistungs-Anforderungen der Sonde addiert.If it were possible to perform the signal processing in the probe itself, only a single signal line from the probe to the base unit would be required. Power, ground and control lines would still be required, but the number of lines that would have to be run through the cable would be greatly reduced. However, this signal processing would require a large number of switches, for example to introduce variable delays in each of the 10,000 channels. Assuming that about 5,000,000 switches are required and that each dissipates about 50 uW of heat, 250 watts would have to be dissipated from the probe. This would be excessive in the absence of any cooling system, which would add to the mass and power requirements of the probe.

Ein Ultraschallabbildungssystem mit einer lokalen Schaltung eines zweidimensionalen Arrays ist von F. Gelly und G. Maerfeld in "A Fast Electronically Scanned Two Dimensional Array for Acoustic Imaging", Proceedings of the 1980 Ultrasonics Symposium, Ausgabe 1, Seiten 766-769, offenbart. Das zweidimensionale Array weist eine Vielzahl linearer Arrays auf. In jedes lineare Array ist ein Multiplexer eingebaut, der eine gruppeninterne Verarbeitung für das zugehörige lineare Array liefert. Ein Multiplexer einer zweiten Stufe liefert dann eine Zwischengruppen-Verarbeitung für die linearen Arrays. Der gruppeninterne und der Zwischengruppen-Prozessor führen eine Auswahl der Wandler und eine Verstärkung der Signale, die von denselben empfangen werden, durch. Jedoch führen dieselben keinen Phasenabgleich der empfangenen Signale durch. Weder der physikalische Ort der Multiplexer der zweiten Stufe noch die Wärmeableitung an und um das Array sind offenbart. Ein Nachteil dieses Systems besteht darin, daß es fest und nicht variabel fokussiert ist.An ultrasound imaging system with local switching of a two-dimensional array is disclosed by F. Gelly and G. Maerfeld in "A Fast Electronically Scanned Two Dimensional Array for Acoustic Imaging", Proceedings of the 1980 Ultrasonics Symposium, Issue 1, pages 766-769. The two-dimensional array comprises a plurality of linear arrays. A multiplexer is incorporated into each linear array to provide intra-group processing for the associated linear array. A second stage multiplexer then provides inter-group processing for the linear arrays. The intra-group and inter-group processors perform selection of the transducers and amplification of the signals received by them. However, they do not perform phase matching of the received signals. Neither the physical location of the second stage multiplexers nor the heat dissipation on and around the array are disclosed. A disadvantage of this system is that it is fixed and not variably focused.

Die US-A-4662223 offenbart ein Ultraschallabbildungssystem, das ein phasengesteuertes Array und einen hierarchischen Strahlbilder verwendet. Dieser Strahlbilder besteht aus gruppeninternen Prozessoren, die einen feinen Phasenabgleich liefern, und aus Zwischengruppenprozessoren (grobe Verzögerungen). In diesem Fall ist das phasengesteuerte Array jedoch ein eindimensionales Array, wobei keine Verteilung der gruppeninternen Verarbeitung und der Zwischengruppen-Verarbeitung zwischen einer Sonde und einer Basisstation offenbart ist.US-A-4662223 discloses an ultrasound imaging system using a phased array and a hierarchical beamformer. This beamformer consists of intra-group processors providing fine phasing and inter-group processors (coarse delays). In this case, however, the phased array is a one-dimensional array, and no distribution of intra-group processing and inter-group processing between a probe and a base station is disclosed.

Es besteht der Bedarf nach einem Ultraschallabbildungssystem, das die elektronische Steuerung sowohl der Fokussierung als auch der Steuerung in zwei Richtungen ermöglicht, ohne die Begrenzungen der Höhenauflösung, die lineare Arrays charakterisieren, und ohne die Verkabelungs- und Wärmeableitungs-Probleme, denen große zweidimensionale Ultraschallabbildungssysteme mit phasengesteuertem Array gegenüberstehen.There is a need for an ultrasound imaging system that allows electronic control of both focusing and steering in two directions, without the height resolution limitations that characterize linear arrays, and without the cabling and heat dissipation problems that face large two-dimensional phased array ultrasound imaging systems.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie nachfolgend in Anspruch 1 spezifiziert, ist die Einführung der Phasensteuerung, die verwendet ist, um das Steuern und Fokussieren zu bewirken, zwischen der Sonde und der Basiseinheit eines Ultraschallabbildungssystems verteilt. Die Sonde weist ein zweidimensionales phasengesteuertes Wandlerarray auf. Die Elemente sind gruppiert, wobei in der Sonde gruppeninterne Verzögerungen eingeführt werden. Die so verzögerten Signale einer Gruppe werden summiert und über eine Kommunikationsverbindung zu der Basiseinheit befördert. Zwischengruppen- Verzögerungen werden an der Basiseinheit eingeführt. Vorzugsweise sind die gruppeninternen Phasenabgleiche feiner quantisiert als die Zwischengruppen-Phasenabgleiche.According to the present invention, as specified in claim 1 below, the introduction of the phase control used to effect steering and focusing is distributed between the probe and the base unit of an ultrasound imaging system. The probe comprises a two-dimensional phased transducer array. The elements are grouped, with intra-group delays being introduced in the probe. The signals of a group thus delayed are summed and conveyed to the base unit via a communication link. Inter-group delays are introduced at the base unit. Preferably, the intra-group phase adjustments are more finely quantized than the inter-group phase adjustments.

Der Betrieb der Erfindung kann hinsichtlich seiner mechanischen bildlichen Darstellung verstanden werden. Sowohl bei herkömmlichen Ultraschallsystemen als auch den Ultraschallsystemen gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Phasenabgleich derart gesteuert, daß die Steuerung und die Deformation eines sphärischen (oder parabolischen) Wandlers derart simuliert wird, daß dessen Brennweite wie gewünscht geändert wird. Bei herkömmlichen zweidimensionalen phasengesteuerten Arrays, d.h. ohne verteilte Phasenabgleichsteuerung, werden die Deformation und die Steuerung gleichzeitig durchgeführt. Bei der verteilten Phasensteuerung steuert die gruppeninterne Verarbeitung jede Gruppe in eine gewünschte Richtung, ohne die Gesamtform des Wandlerarrays zu ändern. Dieser Schritt kann mit der Einstellung einer zweidimensionalen Jalousie verglichen werden; wenn eine Jalousie eingestellt wird, ist die elementare Form derselben konstant, während ihre Metallstreifen (die Gruppen) neu ausgerichtet werden. Die Gruppen werden auf ein gemeinsames Ziel hin ausgerichtet, jedoch mit unterschiedlichen Brennweiten. Die Zwischengruppen-Verarbeitung simuliert die relative Ausrichtung der Gruppen entlang der gewünschten sphärischen Oberfläche derart, daß dieselben eine gemeinsame Brennweite verwenden. In erster Näherung liefert die gruppeninterne Verarbeitung somit die Steuerung und die Zwischengruppen-Verarbeitung liefert die Fokussierung.The operation of the invention can be understood in terms of its mechanical illustration. In both conventional ultrasound systems and the ultrasound systems according to the present invention, phasing is controlled to simulate the steering and deformation of a spherical (or parabolic) transducer to change its focal length as desired. In conventional two-dimensional phased arrays, i.e. without distributed phasing control, deformation and steering are performed simultaneously. In distributed phasing, intra-group processing steers each group in a desired direction without changing the overall shape of the transducer array. This step can be compared to adjusting a two-dimensional blind; when a blind is adjusted, its elementary shape is constant, while their metal strips (the groups) are realigned. The groups are aligned toward a common target, but with different focal lengths. The intergroup processing simulates the relative alignment of the groups along the desired spherical surface such that they use a common focal length. To a first approximation, the intragroup processing thus provides the control and the intergroup processing provides the focusing.

Vorzugsweise werden die Phasenabgleiche in der Form von Verzögerungen eingeführt, obwohl ebenso phasen-versetzte Referenzsignale mit den Datensignalen gemischt werden können, um die Phasenversätze zu liefern. Die Verzögerungen können elektrisch oder akustisch oder beides sein. Z.B. können die gruppeninternen Verzögerungen auf den Elementen der Wandler implementiert sein, während die Zwischengruppen-Verzögerungen unter der Verwendung von Summier-Verzögerungsleitungen implementiert sein können.Preferably, the phase adjustments are introduced in the form of delays, although phase-shifted reference signals may also be mixed with the data signals to provide the phase offsets. The delays may be electrical or acoustic or both. For example, the intra-group delays may be implemented on the elements of the converters, while the inter-group delays may be implemented using summing delay lines.

Die Bandbreite der Kommunikationsverbindung, die ein Kabel einschließen kann, das Signaldrähte trägt, ist aufgrund der Gruppierung der Wandlerelemente und der Signale, die von denselben geliefert werden, stark reduziert. Die Verarbeitung, die erforderlich ist, um die gruppeninternen Verzögerungen zu bewirken, kann ausgewählt sein, um die Wärmeableitung in der Sonde auf annehmbaren Pegeln zu halten.The bandwidth of the communication link, which may include a cable carrying signal wires, is greatly reduced due to the grouping of the transducer elements and the signals delivered by them. The processing required to effect the intra-group delays may be selected to keep the heat dissipation in the probe at acceptable levels.

Da die Masse und die Leistungsableitung an der Basiseinheit weniger kritisch sind, beinhaltet dieselbe vorzugsweise einen Großteil der Verzögerungssteuerschaltung. In diesem Fall muß die Kommunikationsverbindung ferner Steuersignale von der Basiseinheit zu der Sonde leiten. Die Anzahl an Leitungen, die von der Kommunikationsverbindung getragen werden müssen, kann reduziert werden, indem eine serielle Übertragung von Steuerdaten zu einem Decodierer an der Sonde ermöglicht wird, welcher die Steuerdaten decodiert und die decodierten Steuerdaten zu Schaltern verteilt, die die verschiedenen Wandlersignale zu den geeigneten Positionen auf Verzögerungselementen führt.Since ground and power dissipation are less critical at the base unit, it preferably includes most of the delay control circuitry. In this case, the communication link must also carry control signals from the base unit to the probe. The number of wires that must be carried by the communication link can be reduced by allowing serial transmission of control data to a decoder on the probe, which decodes the control data and distributes the decoded control data to switches that control the various converter signals to the appropriate positions on delay elements.

Die Anzahl der Steuerleitungen kann weiter reduziert werden, indem Gruppen von Wandlerelementen derart gebündelt werden, daß Gruppen in einem Bündel nicht unabhängig gesteuert werden müssen. Obwohl ein bestimmter Verlust bei der Fähigkeit der nahen Fokussierung erlitten wird, kann dieser Verlust vernachlässigbar sein, wenn eine nahe Fokussierung nicht kritisch ist und Bündel derart ausgewählt sind, daß sie aneinandergrenzende Gruppen von Wandlerelementen aufweisen.The number of control lines can be further reduced by bundling groups of transducer elements such that groups in a bundle do not need to be independently controlled. Although some loss in close focusing capability is incurred, this loss can be negligible if close focusing is not critical and bundles are selected to have adjacent groups of transducer elements.

Verzögerungen werden vorzugsweise unter Verwendung von mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitungen in einer invertierten Konfiguration realisiert. Mit Abgriffen versehene Verzögerungsleitungen werden typischerweise mit seriellen Eingängen und parallelen Ausgängen verwendet, wobei die letztgenannten jeweiligen Verzögerungsbeträgen entsprechen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sind die parallelen Abgriffstellen als Eingänge verwendet. Ein Wandlersignal wird zu der Abgriffstelle geleitet, die der gewünschten Verzögerung entspricht. Der serielle Eingang der mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitung dient als Summierausgang.Delays are preferably implemented using tapped delay lines in an inverted configuration. Tapped delay lines are typically used with serial inputs and parallel outputs, the latter corresponding to respective amounts of delay. In the context of the present invention, the parallel taps are used as inputs. A converter signal is routed to the tap corresponding to the desired delay. The serial input of the tapped delay line serves as a summing output.

Die vorliegende Erfindung liefert eine große Vielfalt von potentiellen Gruppen. In der Praxis sollten Gruppen aus aneinandergrenzenden Elementen bestehen, die in quadratischen oder anderweitig rechtwinkligen Arrays angeordnet sind. Während die Größe der Gruppen der Größe des Gesamtarrays entsprechen sollte, würde ein praktischer Bereich Gruppengrößen von 2² bis 10² Elementen verwenden. Die bevorzugten Gruppen liegen in einem Bereich von 4² bis 7² Elementen. Für Arrays in der Größenordnung von 100² kann die bevorzugte Gruppengröße zwischen 5² und 6² liegen.The present invention provides a wide variety of potential groups. In practice, groups should consist of adjacent elements arranged in square or otherwise rectangular arrays. While the size of the groups should correspond to the size of the overall array, a practical range would use group sizes of 2² to 10² elements. The preferred groups are in the range of 4² to 7² elements. For arrays on the order of 100², the preferred group size may be between 5² and 6².

Die vorliegende Erfindung liefert einen großen Bereich von Kompromissen zwischen der Sonden-Leistungsausnutzung und der Übertragungsverbindungs-Bandbreite. Bei einem exemplarischen System ist ein Wandlerarray der Größe 100 x 100 in Gruppen, oder Teilarrays, der Größe 5 x 5 gruppiert. Durch Kombinieren der Wandlerelementsignale, die zu der gleichen Gruppe in der Sonde gehören, wird die Anzahl der Empfangskanäle, die die Übertragungsverbindung handhaben muß, von 10.000 auf 400 reduziert. Gleichzeitig ist die Wärmeableitung an der Sonde auf einem annehmbaren Pegel gehalten.The present invention provides a wide range of trade-offs between probe power utilization and Transmission link bandwidth. In an exemplary system, a 100 x 100 transducer array is grouped into groups, or subarrays, of 5 x 5 size. By combining the transducer element signals belonging to the same group in the probe, the number of receive channels that the transmission link must handle is reduced from 10,000 to 400. At the same time, heat dissipation at the probe is kept at an acceptable level.

Folglich schafft die vorliegende Erfindung ein Ultraschallabbildungssystem mit einer zweidimensionalen elektronischen Steuerung und einer durchführbaren Wärmeableitung und Pegeln der Anzahl der Kabelleitungen. Es wird eine beträchtliche Flexibilität geschaffen, um die Spezifikationen für spezifische Abbildungssysteme zu erfüllen. Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.Accordingly, the present invention provides an ultrasound imaging system with two-dimensional electronic control and feasible heat dissipation and levels of cable count. Considerable flexibility is provided to meet specifications for specific imaging systems. These and other features and advantages of the present invention are described below with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Ultraschallabbildungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.Figure 1 is a schematic view of an ultrasound imaging system according to the present invention.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm des Ultraschallabbildungssystems von Fig. 1.Fig. 2 is a block diagram of the ultrasound imaging system of Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm des Ultraschallabbildungssystems von Fig. 1, wobei die Verarbeitung für eine einzelne Gruppe von Wandlerelementen hervorgehoben ist.Figure 3 is a block diagram of the ultrasound imaging system of Figure 1, with processing for a single group of transducer elements highlighted.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer alternativen Ultraschallabbildungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.Figure 4 is a block diagram of an alternative ultrasound imaging system according to the present invention.

Fig. 5 ist ein Schema einer akustischen gruppeninternen Verzögerungskonfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung.Fig. 5 is a diagram of an acoustic intragroup Delay configuration according to the present invention.

Beschreibung der bevorzugten AusführungsbeispieleDescription of the preferred embodiments

Ein Ultraschallsystem 100 weist eine Sonde 102, eine Basiseinheit 104 und einen CRT-Monitor 106 (CRT = cathode ray tube = Kathodenstrahlröhre) auf. Die Sonde 102 ist in Berührung mit einem Körper 91 dargestellt. Die Basiseinheit 104 erzeugt elektrische Sendeimpulse, die verstärkt werden und über ein Kabel 108 zu der Sonde 102 übertragen werden. Die Sendeimpulse werden auf einzelne Wandlerelemente eines zweidimensionalen phasengesteuerten Arrays 110 in der Sonde 102 verteilt. Die Wandlerelemente wandeln die Impulse in einen Ultraschallstrahl 93 um, der durch ein Sondenfenster 112 und in den Körper 91 gesendet wird. Ein bestimmter Anteil der Energie der Ultraschallwelle 93 wird von einer Gewebegrenze 95 reflektiert, um eine Ultraschallreflexion 97 zu ergeben.An ultrasound system 100 includes a probe 102, a base unit 104, and a cathode ray tube (CRT) monitor 106. The probe 102 is shown in contact with a body 91. The base unit 104 generates electrical transmit pulses which are amplified and transmitted to the probe 102 via a cable 108. The transmit pulses are distributed to individual transducer elements of a two-dimensional phased array 110 in the probe 102. The transducer elements convert the pulses into an ultrasound beam 93 which is transmitted through a probe window 112 and into the body 91. A portion of the energy of the ultrasound wave 93 is reflected from a tissue boundary 95 to produce an ultrasound reflection 97.

Die Ultraschallreflexion 97 wird von den jeweiligen Wandlerelementen des Arrays 110 in eine Vielzahl von elektrischen Signalen umgewandelt. Die Steuerung und Fokussierung wird durch das Einführen relativer Verzögerungen in diese Vielzahl von Signalen bewirkt, so daß deren relative Phasen gesteuert sind. Die phasengesteuerten elektrischen Signale werden kombiniert und verarbeitet, um ein Videosignal zu erzeugen, das auf dem Monitor 106 ein Bild ergibt.The ultrasonic reflection 97 is converted into a plurality of electrical signals by the respective transducer elements of the array 110. Steering and focusing is accomplished by introducing relative delays into these plurality of signals so that their relative phases are controlled. The phased electrical signals are combined and processed to produce a video signal which forms an image on the monitor 106.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Verzögerungen, die in die jeweiligen elektrischen Signalwege eingeführt werden, zwischen der Sonde 102 und der Basiseinheit 104 verteilt, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Das Array 110 ist ein 4x4-Array, das 16 Wandlerelemente 201 bis 216 einschließt, die in vier 2x2-Gruppen 221 bis 224 angeordnet sind. Obwohl das Array 110 für die meisten Anwendungen zu klein ist, kann es das Verstehen der Signalverarbeitung, die von der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, erleichtern. Beim Empfang der Reflexion 97 erzeugt das Array 110 sechzehn elektrische Signale, eines für jedes Wandlerelement 201 bis 216. Diese elektrischen Signale werden parallel entlang des 16-Kanal- Busses 226 zu einem gruppeninternen Prozessor 228 übertragen. Der gruppeninterne Prozessor 228 führt gruppeninterne Verzögerungen, die Nullzeit-Verzögerungen einschließen können, in jeden der 16 Kanäle ein und summiert die Kanäle gruppenweise, um vier Gruppensignale zu erhalten. Die vier Gruppensignale werden über einen Vierleitungs-Bus 230 durch das Kabel 108 zur Basiseinheit 104 übertragen.According to the present invention, the delays introduced into the respective electrical signal paths are distributed between the probe 102 and the base unit 104, as shown in Fig. 2. The array 110 is a 4x4 array that includes 16 transducer elements 201-216 arranged in four 2x2 groups 221-224. Although the array 110 is too small for most applications, it can facilitate understanding of the signal processing performed by the present invention. Upon receiving the Reflection 97 causes array 110 to produce sixteen electrical signals, one for each transducer element 201 through 216. These electrical signals are transmitted in parallel along 16-channel bus 226 to an intra-group processor 228. The intra-group processor 228 introduces intra-group delays, which may include zero-time delays, into each of the 16 channels and sums the channels group by group to obtain four group signals. The four group signals are transmitted over a four-wire bus 230 through cable 108 to base unit 104.

Ein Zwischengruppen-Prozessor 232 führt Zwischengruppen-Verzögerungen, die ebenfalls Nullzeit-Verzögerungen einschliessen können, in den Signalweg für jedes der vier Gruppensignale ein, und liefert dann eine Summation der so verzögerten Gruppensignale, um ein Hauptsignal zu ergeben. Geeignete Summier-Verzögerungsleitungen sind im U.S. Patent Nr. 4,116,229, erteilt an Pering, offenbart. Das Hauptsignal wird dann in eine zur Anzeige geeignete Form umgewandelt und entlang der Hochfrequenzleitung 234 zu dem Monitor 106 übertragen, auf dem das resultierende Bild zum Betrachten dargestellt wird.An intergroup processor 232 introduces intergroup delays, which may also include zero-time delays, into the signal path for each of the four group signals and then provides a summation of the group signals thus delayed to yield a main signal. Suitable summing delay lines are disclosed in U.S. Patent No. 4,116,229 issued to Pering. The main signal is then converted to a form suitable for display and transmitted along the RF line 234 to the monitor 106 on which the resulting image is displayed for viewing.

Die gruppeninternen Verzögerungen, die in der Sonde 102 eingeführt werden, und die Zwischengruppen-Verzögerungen, die in der Basiseinheit 104 eingeführt werden, werden von der Steuerung 236 in der Basiseinheit 104 gesteuert. Die Steuerung 236 steht über einen Vierleitungs-Bus 238 mit dem Zwischengruppen-Prozessor 232 in Verbindung, um 16 Verzögerungskombinationen vorzusehen, wenn vier Gruppensignale zu vier möglichen Verzögerungsbeträgen geleitet werden müssen. Eine größere Präzision kann erhalten werden, indem eine feinere Abstufung der Verzögerungen ermöglicht wird, wobei in diesem Fall ein breiterer Bus 238 verwendet ist, um die größere Anzahl von Signalführungen aufzunehmen. Die Steuerung 236 sieht ferner eine Auswahl der gruppeninternen Verzögerungen über einen Bus 240 vor, wie nachfolgend bezugnehmend auf Fig. 3 erklärt wird.The intra-group delays introduced in the probe 102 and the inter-group delays introduced in the base unit 104 are controlled by the controller 236 in the base unit 104. The controller 236 communicates with the inter-group processor 232 via a four-wire bus 238 to provide 16 delay combinations when four group signals are to be routed to four possible delay amounts. Greater precision can be obtained by allowing a finer gradation of the delays, in which case a wider bus 238 is used to accommodate the larger number of signal routes. The controller 236 also provides selection of the intra-group delays via a bus 240, as explained below with reference to Figure 3.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist eine Gruppe 221 über vier Signalleitungen 301, 302, 303 und 304, die einen Signalleitungsbus für die Gruppe 221 bilden, mit dem gruppeninternen Prozessor 228 gekoppelt. Spezieller ist das Wandlerelement 201 über die Leitung 301 mit einem ersten Eingang eines 4x4-Multiplexers 312 verbunden; genauso sind die Wandlerelemente 202 bis 204 über jeweilige Signalleitungen 302 bis 304 mit einem zweiten, einem dritten und einem vierten Eingang des Multiplexers 312 verbunden. Ähnlich sind die Gruppen 222 bis 224 über jeweilige Vier-Leitungs-Busse 306, 308 und 310 mit jeweiligen Multiplexern 314, 316 und 318 verbunden. Die Multiplexer 312, 314, 316 und 318 bilden zusammen eine 4x4x4-Multiplexerbank 320.As shown in Figure 3, a group 221 is coupled to the intra-group processor 228 via four signal lines 301, 302, 303 and 304, which form a signal line bus for the group 221. More specifically, the converter element 201 is connected via line 301 to a first input of a 4x4 multiplexer 312; likewise, the converter elements 202 to 204 are connected via respective signal lines 302 to 304 to second, third and fourth inputs of the multiplexer 312. Similarly, the groups 222 to 224 are connected via respective four-line buses 306, 308 and 310 to respective multiplexers 314, 316 and 318. The multiplexers 312, 314, 316 and 318 together form a 4x4x4 multiplexer bank 320.

Der Zweck der Multiplexerbank 320 besteht darin, Signalleitungen selektiv von jedem Wandlerelement 201 bis 216 zu Wegen mit unterschiedlichen Verzögerungen zu führen. Z.B. besitzt der Multiplexer 312 vier Ausgangsleitungen 321, 322, 323 und 324, die mit vier Abgriffstellen einer mit Abgriffstellen versehenen Verzögerungsleitung 340 verbunden sind. Die mit Abgriffstellen versehene Verzögerungsleitung 340 besitzt drei Verzögerungssegmente 341, 342 und 343, von denen jedes eine Verzögerungseinheit liefert, und vier Anschlußstellen 350, 351, 352 und 353, die keiner Verzögerungseinheit, einer Verzögerungseinheit, zwei Verzögerungseinheiten bzw. drei Verzögerungseinheiten entsprechen. Folglich können relative Verzögerungen von null bis drei Einheiten zwischen den Signalen von den Wandlerelementen 201 bis 204 eingeführt werden, indem die Leitungen 301 bis 304 geeignet zu den Leitungen 321 bis 324 geführt werden, wie durch die Werte bestimmt ist, die entlang der vier Linien des gruppeninternen Steuerbusses 240 empfangen werden. Die Verzögerungssteuerung ist ähnlich für die Wandlerelemente 205 bis 216 vorgesehen, da die Multiplexer 314, 316 und 318 eine variable Signalführung entlang der jeweiligen Vierleitungs-Ausgangsbusse 326, 328 und 330 zu mit Abgriffstellen versehenen Verzögerungsleitungen 344, 346 bzw. 348 liefern.The purpose of the multiplexer bank 320 is to selectively route signal lines from each converter element 201 through 216 to paths with different delays. For example, the multiplexer 312 has four output lines 321, 322, 323 and 324 connected to four taps of a tapped delay line 340. The tapped delay line 340 has three delay segments 341, 342 and 343, each of which provides one delay unit, and four terminals 350, 351, 352 and 353 corresponding to no delay unit, one delay unit, two delay units and three delay units, respectively. Thus, relative delays of zero to three units can be introduced between the signals from converter elements 201 through 204 by appropriately routing lines 301 through 304 to lines 321 through 324 as determined by the values received along the four lines of intragroup control bus 240. Delay control is similarly provided for converter elements 205 through 216 as multiplexers 314, 316 and 318 provide variable signal routing along respective four-line output buses 326, 328 and 330 to tapped delay lines 344, 346 and 348, respectively.

Da alle vier Steuerleitungen des Busses 240 erforderlich sind, um eine vollständige Flexibilität bei der Signalführung der Gruppe 221 zu ermöglichen, werden alle vier Multiplexer 312, 314, 316 und 318 im Einklang geschaltet. Dieses einstimmige Schalten begrenzt die Fähigkeit einer nahen Fokussierung des Ultraschallsystems 100. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel sind 16 Steuerleitungen verwendet, um unabhängige Signalführungen für jede Gruppe 221 bis 224 und eine bessere Fähigkeit einer nahen Fokussierung zu liefern. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine einzelne Datenleitung verwendet, um der Sonde 102 ein serielles 16-Bit-Wort mitzuteilen. Dieses 16-Bit-Wort wird bei der Sonde 102 decodiert, um eine unabhängige Steuerung für die vier Gruppen von Wandlerelementen zu liefern.Since all four control lines of bus 240 are required to allow complete flexibility in routing group 221, all four multiplexers 312, 314, 316 and 318 are switched in unison. This unanimous switching limits the close focusing capability of ultrasound system 100. In an alternative embodiment, 16 control lines are used to provide independent routing for each group 221 through 224 and better close focusing capability. In another embodiment, a single data line is used to communicate a 16-bit serial word to probe 102. This 16-bit word is decoded at probe 102 to provide independent control for the four groups of transducer elements.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung liefert eine Multiplexerbank Signalführungen zu Verzögerungsleitungen unterschiedlicher Längen. Sobald die Signale ihren jeweiligen Verzögerungen unterworfen sind, werden sie gruppenweise addiert, um vier Gruppensignale zu ergeben. Durch das Verwenden der mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitungen verhindern die bevorzugten Ausführungsbeispiele die Forderung nach einer getrennten Einrichtung zum Addieren der verzögerten Signale von einer Gruppe.In an alternative embodiment of the present invention, a bank of multiplexers provides signal routings to delay lines of different lengths. Once the signals are subjected to their respective delays, they are added together in groups to yield four group signals. By using the tapped delay lines, the preferred embodiments avoid the requirement for a separate means for adding the delayed signals from a group.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden Gruppensignalausgaben von den Verzögerungen 340, 344, 346 und 348 entlang jeweiliger Leitungen 352, 354, 356 und 358, die den Gruppensignalbus 230 bilden, zum Zwischengruppen-Prozessor 232 übertragen. Spezieller werden die Gruppensignale als Eingaben einem 4x4-Multiplexer 370 geliefert, der über Ausgangsleitungen 371, 372, 373 und 374 Signalführungen zu einer mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitung 380 liefert. Die Verzögerungsleitung 380 ist dahingehend ähnlich der Verzögerungsleitung 340, daß sie drei Verzögerungselemente 382, 384 und 386 und vier Abgriffstellen 390, 391, 392 und 393 einschließt. Da es jedoch der Zweck der Verzögerung 380 ist, Zwischengruppen-Verzögerungen einzuführen, weist jedes Verzögerungssegment eine Länge von drei Zeiteinheiten auf. Folglich ist die gesamte Verzögerung eines Signals, die an der Abgriffstelle 393 eingeführt wird, neun Zeiteinheiten. Die Verzögerung 380 summiert die derart verzögerten Gruppensignale wirksam, wobei das summierte Signal entlang der HF-Leitung 234 ausgegeben wird.In the present embodiment, group signal outputs from delays 340, 344, 346 and 348 are transmitted to inter-group processor 232 along respective lines 352, 354, 356 and 358 forming group signal bus 230. More specifically, the group signals are provided as inputs to a 4x4 multiplexer 370 which provides signal routings to a tapped delay line 380 via output lines 371, 372, 373 and 374. Delay line 380 is similar to delay line 340 in that it includes three delay elements 382, 384 and 386 and four taps 390, 391, 392 and 393. However, since the purpose of the delay 380 is to introduce inter-group delays, each delay segment has a length of three time units. Thus, the total delay of a signal introduced at tap 393 is nine time units. Delay 380 effectively sums the group signals thus delayed, with the summed signal being output along RF line 234.

Die Verzögerungsdauer der Zwischengruppen-Verzögerungsleitung 380 entspricht den Phasenabweichungen zwischen Wandlerelementen, z.B. 206 und 216, auf entgegengesetzten Außenpositionen des Arrays 110, um einen gewünschten Steuer- und Fokussier-Bereich zu erhalten. Die Verzögerungsdauer der gruppeninternen Verzögerungsleitungen 340, 344, 346 und 348 ist aufgrund der Phasenabweichungen zwischen äußeren Elementen, z.B. 201 und 203, einer Gruppe ausgewählt. Im allgemeinen entspricht das Verhältnis der maximalen Zwischengruppen-Verzögerungen zu gruppeninternen Verzögerungen dem Verhältnis der linearen Größen des gesamten Arrays und einer einzelnen Gruppe. Die Zwischengruppen-Verzögerungssegmente 382, 384 und 386 sind längenmäßig mit den Gesamtverzögerungen, die durch die gruppeninternen Verzögerungen 340, 344, 346 und 348 geliefert werden, vergleichbar. Die gruppeninternen Verzögerungssegmente, z.B. das Verzögerungssegment 341, werden derart ausgewählt, daß die Verzögerung, die dieselben einführen, der Steuerauflösung, die für das System 100 erforderlich ist, entsprechen. Diese Beziehungen werden eingehender nachfolgend in der Erörterung der Ausführungsbeispiele natürlicher Größe erklärt.The delay duration of the inter-group delay line 380 corresponds to the phase deviations between transducer elements, e.g., 206 and 216, at opposite outer positions of the array 110 to obtain a desired control and focusing range. The delay duration of the intra-group delay lines 340, 344, 346, and 348 is selected based on the phase deviations between outer elements, e.g., 201 and 203, of a group. In general, the ratio of the maximum inter-group delays to intra-group delays corresponds to the ratio of the linear sizes of the entire array and an individual group. The intergroup delay segments 382, 384 and 386 are comparable in length to the total delays provided by the intragroup delays 340, 344, 346 and 348. The intragroup delay segments, e.g., delay segment 341, are selected such that the delay they introduce corresponds to the control resolution required by the system 100. These relationships are explained in more detail below in the discussion of the full-scale embodiments.

Die vorliegende Erfindung ist in einem weiterentwickelteren Ultraschallabbildungssystem 400, das in Fig. 4 gezeigt ist, verkörpert, welches eine Sonde 402, einen Basisabschnitt 404 und einen Monitor 406 einschließt. Die Sonde 402 enthält ein 100x100-Array 408, wobei gezeigt ist, daß dasselbe in fünfundzwanzig Teilarrays oder Bündel 410 geteilt ist, von denen jedes sechzehn 5x5-Gruppen 412 von Wandlerelementen 414 einschließt. Gesamt gibt es vierhundert Gruppen 412 und 10.000 Wandlerelemente in dem Array 408. Das Array 408 ist quadratisch mit einer Kantenlänge von 18 mm, um eine Auflösung von etwa 1º in zwei Dimensionen zu liefern. Dies entspricht einem Wandlerelementabstand von etwa 180 um oder etwa 0,6 \, was einer leichten Unterabtastung entspricht. Das Array 408 ist konkav und besitzt einen Krümmungsradius von 50 mm, um das Array in der interessierenden Region vorzufokussieren, um die Anzahl der erforderlichen aktiven Elemente zu minimieren. Alternativ können flache und konvexe Arrays verwendet sein.The present invention is embodied in a more advanced ultrasound imaging system 400 shown in Figure 4, which includes a probe 402, a base section 404 and a monitor 406. The probe 402 includes a 100x100 array 408, shown as being divided into twenty-five subarrays or bundles 410, each of which includes sixteen 5x5 groups 412 of transducer elements 414. In total, there are four hundred groups 412 and 10,000 Transducer elements in array 408. Array 408 is square with an edge length of 18 mm to provide a resolution of about 1º in two dimensions. This corresponds to a transducer element pitch of about 180 µm or about 0.6 \, which is a slight undersampling. Array 408 is concave and has a radius of curvature of 50 mm to prefocus the array in the region of interest to minimize the number of active elements required. Alternatively, flat and convex arrays may be used.

Die Ultraschallreflexionen, die auf das Array 408 einfallen, werden in 10.000 elektrische Signale umgewandelt, die durch einen Signalbus 416 zu einer gruppeninternen Multiplexerbank 418 von vierhundert Multiplexern geleitet werden, welche vierhundert 25x6-Multiplexer aufweist. Jede Gruppe von 25 elektrischen Signalen wird über einen Bus 420 für eine jeweilige Verzögerung zu einer Verzögerungsbank 422 von Fünfsegment-Verzögerungen geleitet. Jede Verzögerung liefert sechs alternative relative Verzögerungen, d.h. 0, 1, 2, 3, 4 und 5 Verzögerungseinheiten, die in einer beliebigen Permutation auf die jeweiligen 25 Signale angewendet werden können. Jede Verzögerung liefert ein Maximum von 250 Nanosekunden (ns), so daß die Verzögerungseinheit, d.h. die Verzögerungsquantisierung, 50 ns beträgt. Die derart verzögerten Signale jeder Gruppe werden summiert, um ein Gruppensignal zu ergeben, so daß 400 Gruppensignale über einen Bus 424, der von einem Kabel 426 getragen wird, zur Basiseinheit 404 übertragen werden.The ultrasonic reflections incident on the array 408 are converted into 10,000 electrical signals which are passed through a signal bus 416 to an intragroup multiplexer bank 418 of four hundred multiplexers comprising four hundred 25x6 multiplexers. Each group of 25 electrical signals is passed through a respective delay bus 420 to a delay bank 422 of five segment delays. Each delay provides six alternative relative delays, i.e. 0, 1, 2, 3, 4 and 5 delay units, which can be applied in any permutation to the respective 25 signals. Each delay provides a maximum of 250 nanoseconds (ns), so that the delay unit, i.e. the delay quantization, is 50 ns. The thus delayed signals of each group are summed to yield a group signal, so that 400 group signals are transmitted to the base unit 404 via a bus 424 carried by a cable 426.

Die 400 Gruppensignale, die von der Basiseinheit 404 empfangen werden, werden an einem 400:1-Multiplexer 428 empfangen, der die Gruppensignale über einen Bus 430 zu einer Verzögerung 432 mit 50 Segmenten führt. Die Verzögerung 432 führt einen von 51 Pegeln relativer Verzögerung in jedes Gruppensignal ein und ergibt ein Summensignal, das zu einem Videosignal umgewandelt wird. Jedes Segment der Verzögerung 432 liefert 250 ns Verzögerung, so daß die maximale Verzögerung, die von der Verzögerung 432 geliefert wird, 12.500 ns beträgt. Das Videosignal wird entlang eines Videobusses 434 zum Monitor 406 übertragen, was eine Bildanzeige zur Folge hat.The 400 group signals received by the base unit 404 are received at a 400:1 multiplexer 428 which routes the group signals via a bus 430 to a 50 segment delay 432. The delay 432 introduces one of 51 levels of relative delay into each group signal and produces a sum signal which is converted to a video signal. Each segment of the delay 432 provides 250 ns of delay so that the maximum delay, provided by delay 432 is 12,500 ns. The video signal is transmitted along a video bus 434 to monitor 406, resulting in an image display.

Die Koordination des Videobilds mit der Fokussierung und der Steuerung des Ultraschallstrahls, der von dem Array 408 empfangen wird, wird durch eine Steuerung 436 in der Basiseinheit 404 durchgeführt. Die Steuerung 436 steuert den Multiplexer 428 über einen Steuerbus 438 und steuert die Multiplexerbank 422 über einen Steuerbus 440, der von dem Kabel 426 getragen wird.The coordination of the video image with the focusing and control of the ultrasound beam received by the array 408 is performed by a controller 436 in the base unit 404. The controller 436 controls the multiplexer 428 via a control bus 438 and controls the multiplexer bank 422 via a control bus 440 carried by the cable 426.

Die vollständige Spezifikation für die Signalführungen, die von der Multiplexerbank 418 geliefert werden, erfordert 60.000 Informationsbits. Da die relativen Verzögerungen, die zwischen entsprechenden Elementen beieinanderliegender Gruppen eingeführt werden, sich höchstens um kleine Beträge unterscheiden, kann ein zweiter Gruppierungspegel verwendet sein, um den Inforinationsbetrag zu reduzieren, der von der Steuerung 436 erforderlich ist, um die Multiplexerbank 418 zu steuern. Speziell sendet die Steuerung 436 gemeinsame Steuersignale entlang des Busses 440, um Gruppen in einem Bündel 410 zu steuern. Dies reduziert die Anzahl von Bits, die von dem Bus 440 geführt werden müssen, um einen Faktor von sechzehn, so daß 3.750 Bits erforderlich sind, um die Multiplexerbank 418 zu steuern. Diese 3.750 Bits können von 234 Leitungen geführt werden, wobei jede zum Auswählen jeder Fokussier- und Steuer-Position 16 Bits seriell führt. Diese 234 Datenleitungen addieren sich nicht übermäßig zu der Masse des Kabels 426, das ferner die 400 Gruppensignalleitungen ebenso wie die anderen notwendigen Leitungen, wie z.B. Leistungs- und Masse-Leitungen, trägt.The full specification for the signal routings provided by the multiplexer bank 418 requires 60,000 bits of information. Since the relative delays introduced between corresponding elements of adjacent groups differ by only small amounts at most, a second grouping level may be used to reduce the amount of information required by the controller 436 to control the multiplexer bank 418. Specifically, the controller 436 sends common control signals along the bus 440 to control groups in a bundle 410. This reduces the number of bits that must be carried by the bus 440 by a factor of sixteen, so that 3,750 bits are required to control the multiplexer bank 418. These 3,750 bits can be carried by 234 lines, each carrying 16 bits serially for selecting each focus and control position. These 234 data lines do not add excessively to the bulk of cable 426, which also carries the 400 group signal lines as well as the other necessary lines, such as power and ground lines.

Die Informationen, die von dem Bus 440 getragen werden, werden von dem Decodierer 442 decodiert, der einen Mikroprozessor für jede Datenleitung aufweisen kann. Die decodierten Multiplexerbank 418 übertragen.The information carried by the bus 440 is decoded by the decoder 442, which may include a microprocessor for each data line. The decoded Multiplexer bank 418.

Für jede Gruppe 412, 150 sind Schalter erforderlich, um sechs Verzögerungspegel für fünfundzwanzig Wandlerelemente 414 zu liefern. Somit sind in der Sonde 402 60.000 Schalter erforderlich, um alle 400 Gruppen zu handhaben. Zusätzlich sind 6 Eingangspuffer und ein Ausgangspuffer für jedes der 400 Verzögerungssegmente erforderlich, so daß die Sonde 402 für die Verzögerungen 2.800 Puffer benötigt. Diese Komponenten ergeben etwa 15 Watt Leistungsableitung bei 5 Volt, was von der Sonde 102 ohne weiteres gehandhabt werden kann. Ein dynamischer Bereich von 60 dB ist vorgesehen. Die Azimuth- Steuerung beträgt ±45º, aufgelöst in 150 Linien. Die Höhensteuerung beträgt ±45º, aufgelöst in 100 Höhenebenen. Ein Brennbereich von 30 mm bis 150 mm wird geliefert.For each group 412, 150 switches are required to provide six delay levels for twenty-five transducer elements 414. Thus, 60,000 switches are required in the probe 402 to handle all 400 groups. In addition, 6 input buffers and one output buffer are required for each of the 400 delay segments, so that the probe 402 requires 2,800 buffers for the delays. These components provide about 15 watts of power dissipation at 5 volts, which can be easily handled by the probe 102. A dynamic range of 60 dB is provided. Azimuth control is ±45º resolved in 150 lines. Elevation control is ±45º resolved in 100 elevation levels. A burning range of 30 mm to 150 mm is supplied.

Obwohl die relativen Phasenabgleiche zwischen Kanälen in dem Ultraschallsystem 100 unter Verwendung von Verzögerungsleitungen realisiert sind, ist es ferner möglich, einen relativen Phasenabgleich durch das Mischen von versetzten Referenzsignalen mit jeweiligen Bildsignalen zu realisieren. Die Mischer sind ohne weiteres mit den Signalschaltern integriert. Die Technologie zum Realisieren relativer Phasenabgleiche in einem Ultraschallsystem ist im U.S.-Patent 4,140,022, erteilt an Maslak, offenbart.Although the relative phase adjustments between channels in the ultrasound system 100 are realized using delay lines, it is also possible to realize relative phase adjustment by mixing offset reference signals with respective image signals. The mixers are readily integrated with the signal switches. The technology for achieving relative phase adjustments in an ultrasound system is disclosed in U.S. Patent 4,140,022 issued to Maslak.

Ein alternatives Ultraschallsystem 500 liefert die Einführung von Verzögerungen in den akustischen Bildsignalen vor der Umwandlung in die elektrische Form, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Eine Sonde 502 schließt eine Vielzahl von Wandlerelementen 506, 508 und 510 ein, die auf einer gemeinsamen Rückwandplatine befestigt sind. Jedes Wandlerelement ist ein longitudinal verkürzter Balkendickenmodenwandler mit seitlichen Elektroden und mit dicke. Jedes Element weist ein Substrat 516 mit einer Anpassungsschicht 518 zum Empfangen akustischer Bildsignale ein. Eine Masseebene 520 ist auf einer Seite des Elements 506 gebildet, während vier Elektroden 522, 524, 526 und 528 auf der gegenüberliegenden Seite des Elements 506 gebildet sind. Jede Elektrode dient als eine Abgriffstelle des länglichen Wandlerelements 506. Jede Abgriffstelle liefert ein Bildsignal, bei dem eine jeweilige Verzögerung eingeführt ist. Eine Bank 530 von 4x1-Multiplexern ist verwendet, um für jedes Wandlerelement eine gewünschte Verzögerung auszuwählen. Die ausgewählten Signale der Elemente einer Gruppe werden an einem Knoten 532 summiert. Die summierten Signale vom Knoten 532 werden dann entlang eines Kabels 534 zu einer Basiseinheit 536 gesendet, bei der die Zwischengruppen-Verarbeitung realisiert wird. Bezüglich der anderen Aspekte ist das Ultraschallsystem 500 ähnlich den Systemen 100 und 400.An alternative ultrasound system 500 provides for the introduction of delays in the acoustic image signals prior to conversion to electrical form, as shown in Fig. 5. A probe 502 includes a plurality of transducer elements 506, 508 and 510 mounted on a common backplane. Each transducer element is a longitudinally truncated beam thickness mode transducer with side electrodes and with thickness. Each element includes a substrate 516 with a matching layer 518 for receiving acoustic image signals. A ground plane 520 is formed on one side of the element 506, while four electrodes 522, 524, 526 and 528 are formed on the opposite side of the element 506. Each electrode serves as a tap of the elongated transducer element 506. Each tap provides an image signal having a respective delay introduced therein. A bank 530 of 4x1 multiplexers is used to select a desired delay for each transducer element. The selected signals from the elements of a group are summed at a node 532. The summed signals from node 532 are then sent along a cable 534 to a base unit 536 where inter-group processing is accomplished. In other respects, ultrasound system 500 is similar to systems 100 and 400.

Folglich liefert die vorliegende Erfindung vernünftige Leistungsableitungspegel in einer Sonde, zusammen mit einer handhabbaren Anzahl von Leitungen in einem Kabel von einer Sonde zu einer Basiseinheit. Ferner können Arrays unterschiedlicher Größe vorgesehen sein. Jedes Array kann in Gruppen und Teilarrays verschiedener Formen, z.B. nicht-quadratische Rechtecke, und Anzahlen von Elementen unterteilt sein. Während z.B. 5x5-Gruppen beschrieben sind, wären 6x6- Gruppen für ein vergleichbares Array geeignet, vorausgesetzt die Arraygröße steht im richtigen Verhältnis zur Gruppengröße. Z.B. kann ein 96x96-Array bequem in 6x6-Gruppen aufgeteilt werden. Kleinere Arrays beinhalten 4x4-Gruppen, während größere Arrays 7x7-Gruppen beinhalten.Thus, the present invention provides reasonable power dissipation levels in a probe, together with a manageable number of lines in a cable from a probe to a base unit. Furthermore, arrays of different sizes can be provided. Each array can be divided into groups and subarrays of different shapes, e.g., non-square rectangles, and numbers of elements. For example, while 5x5 groups are described, 6x6 groups would be suitable for a comparable array, provided the array size is properly proportionate to the group size. For example, a 96x96 array can be conveniently divided into 6x6 groups. Smaller arrays include 4x4 groups, while larger arrays include 7x7 groups.

Nachfolgend ist eine formelmäßige Darstellung angegeben, um eine Optimierung der Ultraschallsysteme für einen großen Bereich von Arraydimensionen zu ermöglichen. Allgemein ist es erwünscht, die Anzahl von Schaltern in der Sonde und die Anzahl der Kabel zwischen der Sonde und der Basiseinheit zu minimieren. Die endgültigen Kriterien, die die Herstellungskosten ebenso wie das System-Verhalten und die -Eignung einschließen, sind nicht alle ohne weiteres quantitativ bestimmbar. Daher ist die formelmäßige Darstellung nachfolgend als eine Richtlinie geboten, die modifiziert werden kann, wenn präzisere Quantifikationen des Verhaltens und der Eignung angewendet werden können.A formulaic representation is given below to enable optimization of ultrasound systems for a wide range of array dimensions. In general, it is desirable to minimize the number of switches in the probe and the number of cables between the probe and the base unit. The final criteria, which include manufacturing costs as well as system performance and suitability, are not all readily quantifiable. Therefore, the formulaic representation is provided below as a guideline that can be modified as more precise quantifications of performance and suitability become available. can be applied.

Der formelmäßige Darstellung versucht, die Gesamtzahl von Schaltern in der Sonde und der Basiseinheit zu minimieren. Da die Anzahl der Schalter in der Basiseinheit mit der Anzahl der Kabel zu der Sonde korreliert ist, bezieht sich diese Aufgabe auf das Ziel des Minimierens von sowohl den Schaltern in der Sonde als auch den Kabeln von der Sonde. In der formelmäßigen Darstellung sind folgende Definitionen verwendet.The formulaic representation attempts to minimize the total number of switches in the probe and the base unit. Since the number of switches in the base unit is correlated with the number of cables to the probe, this task relates to the goal of minimizing both the switches in the probe and the cables from the probe. In the formulaic representation, the following definitions are used.

N² ist die Gesamtzahl von Elementen in dem Array.N² is the total number of elements in the array.

K² ist die Anzahl von Elementen in einer Gruppe des Arrays.K² is the number of elements in a group of the array.

Q&sub1; ist das Verzögerungsquantum auf einem Element.Q₁ is the retardation quantum on an element.

A ist die Anzahl von Verzögerungspegeln auf einem Element.A is the number of delay levels on an element.

B ist die Anzahl von Summier-Verzögerungsschritten.B is the number of summing delay steps.

TD ist der Gesamtverzögerungsbereich (Fokussieren + Steuern).TD is the total delay range (focusing + steering).

NT ist die Gesamtzahl an Schaltern.NT is the total number of switches.

Folgende Größen können berechnet werden.The following sizes can be calculated.

B = TD/AQ&sub1;B = TD/AQ1

N²/K² ist die Anzahl von Gruppen und Drähten in dem Scanner.N²/K² is the number of groups and wires in the scanner.

(A+1)K² ist die Anzahl von Kreuzungspunktschaltern in einer Gruppe.(A+1)K² is the number of crosspoint switches in a group.

(A+1)N² ist die Anzahl von Kreuzungspunktschaltern in der Sonde.(A+1)N² is the number of crosspoint switches in the probe.

(N²/K²)(TD/AQ&sub1;) ist die Anzahl von Summier-Verzögerungsleitungsanschlußstellen-Auswahlschaltern.(N²/K²)(TD/AQ₁) is the number of summing delay line terminal selector switches.

Es ist die Aufgabe, zu minimieren:Its task is to minimize:

NT = (N²)[(A+1)+(TD/Q&sub1;)/(AK²)]NT = (N²)[(A+1)+(TD/Q₁)/(AK²)]

Durch Anwenden einer Steuerungsbeschränkung von K (0,83)A (siehe nachfolgende Begründung) kann die folgende Lösung erhalten werden:By applying a control constraint of K (0.83)A (see justification below) the following solution can be obtained:

Amin = [4,32 TD/Q&sub1;]1/4Amine = [4.32 TD/Q₁]1/4

Z.B. ist für eine Gesamtverzögerung von TD = 15.000 ns und eine Quantisierung von Q&sub1; = 50 ns, die Gesamtzahl von Verzögerungspegeln Amin = 6.For example, for a total delay of TD = 15,000 ns and a quantization of Q₁ = 50 ns, the total number of delay levels Amin = 6.

Um die gewünschte Gruppengröße basierend auf Amin zu berechnen, muß eine Steuerungsbeschränkung betrachtet werden. Eine ankommende Ultraschallwelle wird von der Achse eines Arrays aus gesteuert. Eine Zeitverzögerung Δτ zwischen benachbarten Elementen, die um einen Abstand d voneinander beabstandet sind, muß eingerichtet werden, um die differenzielle Zeitverzögerung, die jede ankommende Welle bei jedem Element von einem spezifizierten Steuerwinkel Θ, Ψ erfährt, zu kompensieren. In diesem Fall:To calculate the desired array size based on Amin, a steering constraint must be considered. An incoming ultrasonic wave is steered from the axis of an array. A time delay Δτ between adjacent elements spaced apart by a distance d must be established to compensate for the differential time delay experienced by each incoming wave at each element from a specified steering angle Θ, Ψ. In this case:

Δτ = (d sinΘΨ)/v.Δτ = (d sinΘΨ)/v.

Die gesamte Verzögerungszeit über eine Gruppe sollte nicht größer als die maximale Verzögerungsguantisierung sein:The total delay time over a group should not be greater than the maximum delay quantization:

AQ&sub1; ≤ KΔTAQ₁ ≤ KΔT

und daher:and therefore:

K (AQ&sub1;/Δτ) 0,83 A.K (AQ₁/Δτ) 0.83 A.

In dem obigen Beispiel gilt Amin = 6 und somit ist Kmin 5. In diesem Fall gibt es etwa 70.000 Schalter pro Gruppe und 20.160 Abgriffstellen-Auswahlschalter, was eine Gesamtzahl von 90.160 Schaltern ergibt. Die Anzahl von Gruppen und folglich von Pufferverstärkern und Drähten zu der Basiseinheit beträgt 400. Sieben Schalter sind mit jedem Element verbunden. Die elektrische Kreuzkopplung beträgt etwa -61 dB, wenn eine Elementkapazität von 6,5 pF und eine Leckkapazität von 10&supmin;³pF angenommen wird.In the above example, Amin = 6 and thus Kmin is 5. In this case, there are about 70,000 switches per group and 20,160 tap selector switches, which gives a total number of 90,160 switches. The number of groups and hence of buffer amplifiers and wires to the base unit is 400. Seven switches are connected to each element. The electrical cross-coupling is about -61 dB assuming an element capacitance of 6.5 pF and a leakage capacitance of 10⁻³pF.

Die Anzahl an Drähten, die zwischen der Sonde und der Basiseinheit erforderlich ist, schließt Signaldrähte von der Sonde zu der Basiseinheit plus die Steuerdrähte von der Basiseinheit zu der Sonde ein. Wenn die Gruppen in Übergruppen von M Gruppen gruppiert werden, gibt es jeweils MAK² mögliche Verzögerungsauswahlen, Elementepaare. Die Anzahl von Steuerleitungen und die Anzahl von Bits pro Steuerleitung kann wie folgt berechnet werden.The number of wires required between the probe and the base unit includes signal wires from the probe to the base unit plus the control wires from the base unit to the probe. When the groups are grouped into supergroups of M groups, there are MAK² possible delay selections for each pair of elements. The number of control lines and the number of bits per control line can be calculated as follows.

# von Bits = log MAK²/log(2)# of bits = log MAK²/log(2)

# von Steuerleitungen = (1/M)(N²/K²)# of control lines = (1/M)(N²/K²)

Wenn z.B. M = 2 und die Anzahl an Steuerleitungen pro Übergruppe gleich 1 ist, Amin = 6 und Kmin = 5, sind 300 Verzögerungsauswahlen, Elementepaare und 200 9-Bit-Steuerleitungen erforderlich. Wenn stattdessen M = 16 und die Anzahl von Steuerleitungen pro Übergruppe gleich 2 ist, Amin = 6 und Kmin = 5, sind 200 Verzögerungsauswahlen, Elementepaare und 25 12-Bit-Steuerleitungen erforderlich. Die Anzahl von Signalleitungen ist 400. Falls M = 2, beträgt die Anzahl von Kabelleitungen etwa 600, und falls M = 16 beträgt die Anzahl an Kabelleitungen etwa 425.For example, if M = 2 and the number of control lines per supergroup is 1, Amin = 6 and Kmin = 5, 300 delay selects, element pairs and 200 9-bit control lines are required. If instead M = 16 and the number of control lines per supergroup is 2, Amin = 6 and Kmin = 5, 200 delay selects, element pairs and 25 12-bit control lines are required. The number of signal lines is 400. If M = 2, the number of cable lines is about 600, and if M = 16, the number of cable lines is about 425.

Bei einem weiteren Beispiel, bei dem M = 16 und die Anzahl der Steuerleitungen pro Übergruppe gleich 2 ist, Amin = 7 und Kmin = 6, sind 4.032 Verzögerungsauswahlen, Elementepaare und achtzehn 12-Bit-Steuerleitungen und 278 Signaldrähte erforderlich. In der Praxis sind achtzehn 16-Bit-Steuerleitungen aufgrund der Kompatibilität mit verbreitet verfügbaren 16-Bit-Prozessoren verwendet. Achtzehn 16-Bit-Prozessoren sind auf der Sonde plaziert, um etwa 70.000 Verzögerungsauswahl-Schalter zu steuern. Etwa 278 Pufferverstärker sind verwendet, um analoge Anschlußleitungen zu der Scanner-Basiseinheit zu treiben. Andere Ausführungsbeispiele verwenden eine hierarchische Schaltung in der Sonde, um die Anzahl der erforderlichen Schalter weiter zu reduzieren, und somit die Leistungsableitung in der Sonde. Sowohl in der Sonde als auch in der Basiseinheit können verschiedene Verzögerungstypen und unterschiedliche Anzahlen von Verzögerungsquanten verwendet werden. Weitere Variationen und Modifikationen der offenbarten Ausführungsbeispiele sind durch die vorliegende Erfindung vorgesehen, deren Bereich nur durch die folgenden Ansprüche begrenzt ist.In another example, where M = 16 and the number of control lines per supergroup is 2, Amin = 7 and Kmin = 6, 4,032 delay selects, element pairs and eighteen 12-bit control lines and 278 signal wires are required. In practice, eighteen 16-bit control lines are used due to compatibility with widely available 16-bit processors. Eighteen 16-bit processors are placed on the probe to control about 70,000 delay selection switches. About 278 buffer amplifiers are used to drive analog leads to the scanner base unit. Other embodiments use hierarchical circuitry in the probe to further reduce the number of switches required, and thus the power dissipation in the probe. Various delay types and different numbers of delay quanta may be used in both the probe and base unit. Further variations and modifications of the disclosed embodiments are contemplated by the present invention, the scope of which is limited only by the following claims.

Claims

1. Ein Ultraschallabbildungssystem (400) mit folgenden Merkmalen:1. An ultrasound imaging system (400) having the following features:

einer Sonde (402), einem Basisabschnitt (404) und einer Kommunikationsverbindung (426), die die Sonde und den Basisabschnitt verbindet;a probe (402), a base section (404), and a communication link (426) connecting the probe and the base section;

wobei die Sonde einen Ultraschallwandler (408) mit einer Mehrzahl von Gruppen (412) einer Mehrzahl von Wandlerelementen (414) einschließt, welche in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind, wobei jedes der Wandlerelemente in der Lage ist, ein Bildsignal von akustischer Form in elektrische Form umzuwandeln, wobei die Sonde einen gruppeninternen Prozessor (418, 422, 442) einschließt, der relative gruppeninterne Phasenlagen zwischen jeweiligen Bildsignalen, die den Elementen einer Gruppe entsprechen, steuert und die derart phasengesteuerten Bildsignale einer Gruppe in ein Gruppensignal kombiniert, um eine Mehrzahl von Gruppensignalen, die jeweiligen der Mehrzahl von Gruppen entsprechen, zu erzeugen, wobei der gruppeninterne Prozessor eine Übertragung der Gruppensignale über die Kommunikationsverbindung zu dem Basisabschnitt liefert;the probe including an ultrasonic transducer (408) having a plurality of groups (412) of a plurality of transducer elements (414) arranged in a two-dimensional array, each of the transducer elements capable of converting an image signal from acoustic form to electrical form, the probe including an intra-group processor (418, 422, 442) that controls relative intra-group phasing between respective image signals corresponding to the elements of a group and combines the thus phased image signals of a group into a group signal to produce a plurality of group signals corresponding to respective ones of the plurality of groups, the intra-group processor providing transmission of the group signals over the communication link to the base section;

wobei der Basisabschnitt einen Zwischengruppen-Prozessor (428, 432) aufweist, der Zwischengruppen-Phasenlagen zwischen den Gruppensignalen steuert und die derart gesteuerten Gruppensignale kombiniert, um ein Videosignal zu erzeugen;wherein the base section comprises an intergroup processor (428, 432) which controls intergroup phasing between the group signals and combines the so-controlled group signals to produce a video signal;

wodurch die gruppeninternen Phasen lagen und die Zwischengruppen-Phasenlagen eine Steuerung und Fokussierung des Ultraschallabbildungssystems liefern.whereby the intra-group phase positions and the inter-group phase positions provide control and focusing of the ultrasound imaging system.

2. Ein System gemäß Anspruch 1, bei dem der Basisabschnitt ferner eine gruppeninterne Steuerung (436) aufweist, die gruppeninterne Phasensteuersignale erzeugt und dieselben über die Kommunikationsverbindung zu dem gruppeninternen Prozessor sendet; wobei der gruppeninterne Prozessor die gruppeninternen Phasensteuersignale empfängt, und wobei der gruppeninterne Prozessor die relativen Phasen als eine Funktion der gruppeninternen Phasensteuersignale einführt.2. A system according to claim 1, wherein the base section further comprises an intra-group controller (436) that generates intra-group phase control signals and sends them to the intra-group processor over the communication link; wherein the intra-group processor receives the intra-group phase control signals, and wherein the intra-group processor introduces the relative phases as a function of the intra-group phase control signals.

3. Ein System gemäß Anspruch 1, bei dem die Anzahl der Elemente in jeder Gruppe zwischen 2² und 10² liegt.3. A system according to claim 1, wherein the number of elements in each group is between 2² and 10².

4. Ein System gemäß Anspruch 1, bei dem die Anzahl der Elemente in jeder Gruppe zwischen 4² und 7² liegt.4. A system according to claim 1, wherein the number of elements in each group is between 4² and 7².

5. Ein System gemäß Anspruch 4, bei dem jede Gruppe fünfundzwanzig Elemente, die in einem 5x5-Array angeordnet sind, aufweist.5. A system according to claim 4, wherein each group comprises twenty-five elements arranged in a 5x5 array.

6. Ein System gemäß Anspruch 4, bei dem jede Gruppe ein 4x4-Array von Wandlerelementen aufweist.6. A system according to claim 4, wherein each group comprises a 4x4 array of transducer elements.

7. Ein System gemäß Anspruch 1, bei dem die Anzahl der Wandlerelemente zwischen 50² und 200² liegt, und bei dem die Anzahl der Elemente in jeder Gruppe zwischen 4² und 7² liegt.7. A system according to claim 1, wherein the number of transducer elements is between 50² and 200², and wherein the number of elements in each group is between 4² and 7².

8. Ein System gemäß Anspruch 7, bei dem der Wandler 10.000 Wandlerelemente aufweist, die in einem 100x100-Array angeordnet sind, wobei jede Gruppe eine 5x5-Gruppe von Wandlerelementen ist, so daß 400 Gruppensignale über die Kommunikationsverbindung zu dem Basisabschnitt gesendet werden, wobei die Kommunikationsverbindung ein flexibles Kabel ist.8. A system according to claim 7, wherein the transducer comprises 10,000 transducer elements arranged in a 100x100 array, each group being a 5x5 group of transducer elements, such that 400 group signals are sent over the communication link to the base section, the communication link being a flexible cable.

9. Ein System (100) gemäß Anspruch 1, bei dem der gruppeninterne Prozessor mit Abgriffen versehene Verzögerungsleitungen mit mehreren Eingängen (340, 344, 346, 348) aufweist, so daß gewünschte Phasenlagen in jeweiligen Phasenlagen der Bildsignale von den Wandlerelementen einer Gruppe eingeführt werden können, wenn diese verarbeitbaren Signale summiert werden.9. A system (100) according to claim 1, wherein the group-internal Processor having tapped delay lines having a plurality of inputs (340, 344, 346, 348) so that desired phase positions can be introduced into respective phase positions of the image signals from the transducer elements of a group when these processable signals are summed.

10. Ein System (100) gemäß Anspruch 1, bei dem der gruppeninterne Prozessor mit Abgriffen versehene Verzögerungsleitungen mit mehreren Eingängen (340, 344, 346, 348) aufweist, von denen jede zu einer jeweiligen der Gruppen gehört, wobei die relativen Phasenlagen, die in ein gegebenes verarbeitbares Signal eingeführt werden, eine Funktion der Verzögerungsleitungseingabe sind, durch die dieselbe in eine der mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitungen mit mehreren Eingängen eingeführt wird, wobei die Ausgabe der Verzögerungsleitung mit mehreren Eingängen die Summe der verarbeitbaren Signale ist, die von den Wandlerelementen der jeweiligen Gruppe mit den gewünschten relativen Phasenlagen geliefert werden.10. A system (100) according to claim 1, wherein the intra-group processor comprises tapped multi-input delay lines (340, 344, 346, 348) each belonging to a respective one of the groups, the relative phase positions introduced into a given processable signal being a function of the delay line input through which it is introduced into one of the tapped multi-input delay lines, the output of the multi-input delay line being the sum of the processable signals provided by the transducer elements of the respective group having the desired relative phase positions.